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古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫

基尔霍夫

古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff,1822年3月12日~1887年10月17日),德国物理学家。在电路、光谱学的基本原理(两个领域中各有根据其名字命名的基尔霍夫定律)有重要贡献,1862年创造了“黑体”一词。1847年发表的两个电路定律发展了欧姆定律,对电路理论有重大作用。1859年制成分光仪,并与化学家罗伯特·威廉·本生一同创立光谱化学分析法,从而发现了铯和铷两种元素。同年还提出热辐射中的基尔霍夫辐射定律,这是辐射理论的重要基础。

 

生平简介

 

基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff,1824~1887),德国物理学家。

1824年3月12日生于普鲁士的柯尼斯堡(今为俄罗斯加里宁格勒),1887 年10 月17日卒于柏林。基尔霍夫在柯尼斯堡大学读物理,1847年毕业后去柏林大学任教,3年后去布雷斯劳作临时教授。1854年由化学家本生推荐任海德堡大学教授。1875年到柏林大学作理论物理教授,直到逝世。

当他21岁在柯尼斯堡就读期间,就根据欧姆定律总结出网络电路的两个定律(基尔霍夫电路定律),发展了欧姆定律,对电路理论作出了显著成绩。大学毕业后,他又着手把电势概念推广到稳恒电路。长期以来,电势与电压这两个概念常常被混为一谈,当时都称为“电张力”。基尔霍夫明确区分了这两个概念,同时又指出了它们之间的联系。

Spectroscope of Kirchhoff and Bunsen.

在光谱研究中,他与本生合作,开拓出一个新的学科领域──光谱分析,采用这一新方法,发现了两种新元素铯(1860年)和铷(1861年)。

Gustav_Robert_Kirchhoff

1859年,他把食盐投人火焰,得到了强烈的钠亮线。如果再让阳光通过这一火焰投射到棱镜上,当阳光较弱时钠亮线依然存在,当太阳光强超过某一强度时,亮线消失,在同一位置出现暗线。他从热力学角度对光的辐射与吸收进行了深入研究,为了能够从理论上阐明这个问题,他引人辐射本领、吸收本领、黑体等概念,从而建立了热辐射定律。这项工作成为量子论诞生的契机。他大胆提出假设:太阳光谱中的暗线,是元素吸收的结果,该元素能够辐射与暗线同一波长的亮线。应用这一原理于天体,就能确定外层空间的化学元素含量与分布。他用这一方法研究了太阳的组成,发现太阳所含元素与地球上的若干元素相同,促使天体物理学得到发展。

他还讨论了电报信号沿圆形截面导线的扰动;对惠更斯-菲涅耳原理给出更严格的数学证明。

Gustav Kirchhoff (left) and Robert Bunsen (right).

 

主要成就

 

电路设计

 

1845年,21岁时他发表了第一篇论文,提出了稳恒电路网络中电流、电压、电阻关系的两条电路定律,即著名的基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL),解决了电器设计中电路方面的难题。后来又研究了电路中电的流动和分布,从而阐明了电路中两点间的电势差和静电学的电势这两个物理量在量纲和单位上的一致。使基尔霍夫电路定律具有更广泛的意义。直到现在,基尔霍夫电路定律仍旧是解决复杂电路问题的重要工具。基尔霍夫被称为“电路求解大师”。

 

热辐射

 

1859年,基尔霍夫做了用灯焰烧灼食盐的实验。在对这一实验现象的研究过程中,得出了关于热辐射的定律,后被称为基尔霍夫定律(Kirchoff's law):基尔霍夫根据热平衡理论导出,任何物体对电磁辐射的发射本领和吸收本领的比值与物体特性无关,是波长和温度的普适函数,即与吸收系数成正比。并由此判断:太阳光谱的暗线是太阳大气中元素吸收的结果。这给太阳和恒星成分分析提供了一种重要的方法,天体物理由于应用光谱分析方法而进入了新阶段。

Kirchhoff_Gustav_grave

1862年他又进一步得出绝对黑体的概念。他的热辐射定律和绝对黑体概念是开辟20世纪物理学新纪元的关键之一。1900年M.普朗克的量子论就发轫于此。

 

化学

 

在海德堡大学期间制成光谱仪,与化学家本生合作创立了光谱化学分析法(把各种元素放在本生灯上烧灼,发出波长一定的一些明线光谱,由此可以极灵敏地判断这种元素的存在),从而发现了元素铯和铷。科学家利用光谱化学分析法,还发现了铊、碘等许多种元素。

 

光学理论

 

给出了惠更斯-菲涅耳原理的更严格的数学形式,对德国的理论物理学的发展有重大影响。著有《数学物理学讲义》4卷。

他还讨论了电报信号沿圆形截面导线的扰动。

 

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